Las ondas de radio son difíciles de ver, y no pensamos mirarlas

Hay unas 134.000 estrellas en un radio de 200 años luz de la Tierra. Eso es un montón de estrellas. No podemos mirar ni siquiera una fracción significativa de todos ellos lo suficientemente cerca como para detectar el equivalente de las ondas de radio hechas por humanos.

Un radio de 200 ly es una esfera de 33 493 333 ly ³ de volumen. La densidad estelar cerca de la Tierra es de aproximadamente 0,004/ly ³ . Póngalos juntos y obtendrá alrededor de 134,000 estrellas.

Esta respuesta en Physics.SE dice que estamos llegando al punto en que podemos ver transmisiones de radio y televisión desde la Tierra a 200 años luz de distancia. A menos que los extraterrestres apunten un transmisor direccional directamente a la Tierra, no vamos a captar sus transmisiones omnidireccionales que se van al espacio. Estos se difunden como el cuadrado de la distancia, por lo que su detectabilidad cae muy rápidamente.

Detectar una señal de radio a 200 ly requiere una antena de radio muy costosa y de alta ganancia. Ese tipo de sensibilidad requiere que sea altamente direccional, por lo que no puede mirar todo el cielo a la vez. SETI elige estrellas particularmente probables y bandas probables. Project Phoenix hizo precisamente esto a finales de los 90. Eligieron 800 estrellas "probables" dentro de un rango de 200 ly o alrededor del 0,6% de todas las estrellas en ese rango.

La estrella de su civilización podría no coincidir con la idea de SETI de una estrella que vale la pena mirar. O podrían estar transmitiendo en rangos de frecuencia que SETI no piensa mirar. O simplemente podría haber sido mala suerte que su estrella no figurara en la lista de SETI. O, como otros han sugerido correctamente, ya no transmiten de manera ineficiente ondas de radio omnidireccionales de alta potencia.

La gente tiende a subestimar lo difícil que es detectar transmisiones de radio desde una fuente distante.

Cuando una nave espacial se comunica con la Tierra utilizando antenas parabólicas en ambos extremos, la intensidad de la señal recibida para una portadora de onda sinusoidal pura (no modulada) se puede calcular como

dónde$P_T$es la potencia del transmisor,$A_T$es el área de superficie efectiva de la antena del transmisor,$A_R$es lo mismo para el receptor,$\lambda$es la longitud de onda y$R$es la distancia entre el transmisor y el receptor.

A modo de ejemplo, si introduzco los números de Pioneer 10 cerca del final de su misión (transmisor de 8 W, 80 UA de la Tierra, una frecuencia de transmisión de aproximadamente 2,3 GHz, un diámetro de antena transmisora ​​de 2,75 m y 70 m antena parabólica en el suelo), obtengo un valor de -165 dBm (decibelios sobre milivatios).

Así que ahora permítanme mover la fuente de la señal de 80 UA a, digamos, 120 años luz, que es un aumento de 100 000 veces. Esto reduce la intensidad de la señal en 100 dB. Además, permítanme suponer que no se transmite por un transmisor de plato dirigido directamente a la Tierra (¿por qué sería así?), sino que es omnidireccional. En las longitudes de onda utilizadas por Pioneer, esa es otra disminución de ~30 dB en la intensidad de la señal. Por otro lado, permítanme suponer que el transmisor es mucho más potente, digamos, 8 MW en lugar de 8 W. Eso es un aumento de 60 dB en la intensidad de la señal.

Entonces, una antena parabólica de 70 m (la más grande utilizada por la Red de Espacio Profundo de la NASA) ahora vería una señal a -245 dBm. O mejor dicho, no vería esa señal; es órdenes de magnitud por debajo de su umbral de detección (quizás alrededor de -195 dBm).

Bien, olvida el DSN. Digamos que usamos el nuevo radiotelescopio chino, FAST. Su plato es la friolera de 500 metros de diámetro. Eso es un aumento de 17 dB en el nivel de la señal recibida. Permítanme ser generoso y subirlo a 20 dB; así que ahora estamos recibiendo una señal de -225 dBm.

Todavía es unos tres órdenes de magnitud menos de lo que realmente podemos detectar. Y recuerda, esto es solo para detectar la presencia de una señal. Cualquier modulación en esa señal reduce el nivel de la señal, y la detección de la modulación en sí misma, incluso a una velocidad de datos muy baja, estaría todavía a varios órdenes de magnitud de distancia.

Así que no, contrariamente a la creencia popular, las civilizaciones que usan la radio no son faros brillantes en el cielo (de la radio). Los extraterrestres no nos devolverán el discurso inaugural de los Juegos Olímpicos de 1936 de Hitler desde decenas de años luz de distancia. Estas transmisiones de radio "extraviadas" son inmensamente difíciles de detectar (ni siquiera importa decodificarlas o demodularlas). Y no es un límite de la tecnología, estos son límites físicos duros; una antena de un tamaño dado solo intercepta tantos fotones, tanta energía de radio, incluso si por lo demás es un instrumento "perfecto", impecable.

Sencillamente porque han tenido la tecnología durante miles de años. Su compresión y codificación ha progresado más allá del punto en el que podemos identificarlo como una señal coherente.

Hay una pequeña ventana donde su tecnología de transmisión sería comprensible para nuestros receptores durante la cual posiblemente podríamos captar su señal. Eso estaría en el punto solo recientemente después de que inventaron la radio, pero antes de la compresión y la codificación digital. Incluso si hubiéramos captado una señal desde ese punto, es probable que no la reconozcamos simplemente debido a las diferentes tecnologías.

Sin embargo, esa ventana está fuera por miles de años en este caso, y es poco probable que tal coincidencia tecnológica ocurra junto con una señal de transmisión de radio doméstica extremadamente dominada.

No es perder su existencia lo que hay que justificar, es detectarlos. Nuestras posibilidades de detectarlos, incluso en las mejores circunstancias, son minúsculas.

Siendo la raza más avanzada, tendrían una ventana para detectarnos comenzando ahora y durando algunos años, pero si no nos detectan al comienzo de la ventana, nuestras señales comenzarán a ser demasiado complejas para ellos a reconocer.

transmisiones dirigidas

Transmitir radio al espacio es solo una pérdida de energía, por lo que dan forma a los lóbulos de las transmisiones con cuidado, asegurándose de que se envíe la mayor cantidad posible a los receptores. Esto lo hacen ya sea enviando directamente a los receptores, o para la transmisión, transmiten solo en el plano de tierra.

Ya hoy tenemos enrutadores WiFi que modelan el haz para optimizar la transmisión. Y esto es después de tener radio por casi cien años.

No necesitas nada. Nuestra tecnología no pudo captar nuestras propias emisiones de radio a una distancia de 200 años luz , por lo que no hay razón para pensar que deberíamos ser capaces de captar emisiones de una civilización alienígena. Los diversos programas de SETI buscan transmisiones dirigidas dirigidas específicamente a nosotros, no transmisiones.

Esencialmente, no podemos detectar las comunicaciones por radio de una civilización a 200 años luz.

• La respuesta de Michael Kjörling a la pregunta de qué tan lejos tendría que estar una civilización extraterrestre para que no nos demos cuenta es muy interesante y tiene muchas ecuaciones. Cotización de dinero:

  Con los niveles actuales de sensibilidad, las búsquedas de microondas dirigidas podrían detectar la potencia equivalente de fuertes transmisores de TV a una distancia de 1 año luz (dentro del cual no hay otras estrellas).

  La conclusión de la respuesta es que no los detectaremos a menos que apunten un transmisor con una potencia enorme, es decir, comparable a la energía eléctrica total producida en la Tierra , directamente hacia nosotros, y lo busquemos en el momento adecuado en la frecuencia correcta.

• La opinión común es que las transmisiones de radio civiles que no están destinadas a recibirse a distancias interestelares simplemente no son detectables. Por el contrario, las señales direccionales de alta potencia, como las generadas por los radiotelescopios (cuando se utilizan como transmisores) o por las instalaciones de radares militares, son detectables a grandes distancias, pero la probabilidad de su detección es muy baja porque cubren un cono estrecho y se emiten por muy poco tiempo; ver " Los beneficios y perjuicios de transmitir al espacio " por Jacob Haqq-Misra et al. (2013).

• El gran factor en la detección de civilizaciones alienígenas es, por supuesto, el lapso de tiempo durante el cual usan radio de alta potencia. Ver " Cálculo de la probabilidad de detectar señales de radio de civilizaciones extraterrestres " por Marko Horvat; la conclusión de ese artículo es que, a menos que haya muchas civilizaciones extraterrestres o que los extraterrestres desarrollen su tecnología mucho más lentamente que nosotros, la probabilidad de detectar una civilización extraterrestre en la galaxia es muy pequeña.

Condición previa

"Varios miles" significa al menos dos mil. Dado que están a solo 200% de distancia, esto significa que sus primeras señales de radio (que probablemente estaban cerca de lo que consideraríamos "radio") ya son historia. Lo que recibimos ahora, si es que recibimos algo, está más de 1700 años por delante de nuestro estado de desarrollo.

La señal

Más de dos milenios de "disponibilidad de radio" hacen que sea bastante probable que sus señales sean al menos algo así como una señal digital (o trigital, ¿quién dijo que un bit alienígena no puede tener tres estados?) con corrección de errores hacia adelante y comprimida. La corrección de errores de reenvío significaría que podrían enviar mucha más eficiencia energética, lo cual es bueno para ellos pero no tan bueno para ti que tratas de recibir sus señales desde lejos, y la compresión significaría que cualquier cosa que recibas, si recibes algo, parece como el ruido
También podrían usar una forma de "radio" con la que no estamos familiarizados (¿frecuencias altas inusuales?) O totalmente incapaces de interpretar. Su forma de radio podría incluso ser alguna forma de comunicación cuántica, que por diseño solo puede ser recibida por suscriptores designados y hace que sea imposible "escuchar" desde el exterior. La comunicación cuántica es algo en lo que actualmente casi estamos trabajando con fotones (bueno, decir "casi" es incorrecto... funciona, simplemente aún no está listo para la corriente principal). Una raza alienígena avanzada también podría tener algún tipo de "radio cuántica" con destinatarios designados, ¿por qué no?

¡El World of Warcraft! Señal

De hecho, intentaron comunicarse (no con nosotros, pero tal vez con una nave estelar de ellos), y en realidad recibimos su mensaje. Desafortunadamente, no pudimos descifrarlo o identificarlo como lo que era, ni responderle. Finalmente, la señal se consideró "solo ruido", o algo producido por un cometa.

Reflexión

Una explicación completamente diferente, más conservadora y plausible sería la reflexión ionosférica (o similar, lo que sea que tengan en su planeta), de la misma manera que la radio de onda corta se refleja en nuestro planeta. Esto ni siquiera se limita a la atmósfera del planeta, su sistema solar podría tener una nube de Oort que contiene algún tipo de partículas que reflejan el 99% de todas las transmisiones. Por lo tanto, incluso podrían comunicarse con naves espaciales dentro de su sistema solar, o una colonia en otro planeta, y todavía tendríamos problemas para verlos.

materia negra

La materia negra podría ser otra razón perfectamente plausible por la que no los detectamos. Sabemos con bastante certeza que existe tal cosa como la materia negra (aunque en realidad no sabemos qué es exactamente, o cómo cumple exactamente con nuestras leyes conocidas de la física, pero estamos seguros de que algoesta ahí). Puede que haya algo de materia negra que, por alguna razón, absorba las señales de radio entre nosotros y los extraterrestres. La mayoría de las señales de radio transmiten casi como una luz, lo que significa que si hay algo entre el emisor y el receptor, la señal está parcial o totalmente obstruida. Esa es la razón principal por la que las estaciones de TV (o estaciones GSM) tienen sus antenas en torres altas o montañas: su alcance está limitado principalmente por objetos que obstruyen y, finalmente, la curvatura de la Tierra, no tanto por la potencia del transmisor. También es la razón por la que orbitar la Luna no es una experiencia divertida para los astronautas (no existe tal cosa como decir "Houston, tenemos un problema" con la Luna en el medio).

Límites técnicos

Finalmente, incluso sin condiciones especiales, detectar otra civilización que no esté intentando comunicarse activamente es una tarea abrumadora, por decir lo menos. O, se podría decir, bastante desesperado.

Está la cosa sobre la longitud del arco. Para algo a cientos de años luz de distancia, tienes que apuntar con precisión, y es mejor que tengas una antena muy, muy direccional. Pero este no es el mayor problema.

El transmisor de una estación de televisión nacional no trivial, que se encuentra entre los emisores de radio "normales" más potentes que tenemos (alrededor de 2000 veces más potente que, por ejemplo, una base GSM típica) normalmente tiene EIRP en el rango de 100 kW. "Kilovatio" parece mucho, pero en realidad es un número bastante pequeño.

La densidad de flujo radiante es EIRP/4π*d ²

Tenga en cuenta el inocente pequeño "2", y tenga en cuenta que den realidad es 10 ¹⁸ metros. Eso es... un número alucinantemente enorme, especialmente después de elevarlo al cuadrado.

Cualquier "kilo" es demasiado ridículamente cercano a cero para ser medido si lo divides por 10 ³⁶ . Por lo tanto, captar cualquier tipo de señal "normal" que no se dirija deliberadamente hacia nosotros con un transmisor extrafuerte diseñado para el saludo interestelar es prácticamente inútil.
Ciertamente, se puede escalar más o menos arbitrariamente el tamaño del conjunto de antenas receptoras. Ingenuamente, si no obtiene suficientes vatios por metro cuadrado, simplemente agrega más metros cuadrados y listo. Pero el problema es que también captas más ruido. Parte de este ruido es muchos órdenes de magnitud mayor que la señal. La posibilidad de atrapar algo significativo es bastante escasa.

Además, hay bastantes estrellas por ahí. Descuidando todo lo demás, y suponiendo que somos perfectamente capaces de recibir radio de cualquier planeta hasta 200ly de distancia, solo hay una probabilidad de 1:100,000 de que elijamos al azar el sistema estelar correcto. Es posible probarlos todos, por supuesto, pero lleva varios minutos reorganizar un conjunto de antenas, por lo que esta tarea llevaría entre años y décadas.
Puede suceder que solo los encontremos ahora porque nos tomó mucho tiempo elegir la estrella correcta.

Guglielmo Marconi inventó la radio en 1894 y nos llevó menos de una década darnos cuenta de la necesidad del cifrado. Al principio eran solo mensajes de guerra, pero rápidamente se extendieron a la población en general. Las funciones de criptografía correctamente ajustadas son indistinguibles de las estáticas, como se obtendría de una plétora de cuerpos astronómicos o incluso del vacío del espacio. Si el descubrimiento de la radio de esta especie se pareciera remotamente al nuestro, solo habríamos podido detectar su charla de radio para una pequeña parte de su historia.

Esta es también una de las principales explicaciones de la paradoja de Fermi de por qué aún no hemos encontrado vida inteligente.

https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi_paradox#Civilizations_broadcast_detectable_radio_signals_only_for_a_brief_period_of_time

Su civilización alienígena detuvo la mayoría de sus poderosas transmisiones de radio y televisión tan pronto como descubrió los láseres, la fibra óptica y cómo enviar pulsos de láser a través de esas fibras.

Incluso cuando las transmisiones de transmisión eran comunes, las antenas se moldearon para mantenerlas pegadas al suelo (como mencionó @Michael Karnerfors, hacer lo contrario es un desperdicio).

Todavía enviamos transmisiones al espacio, pero solo altamente dirigidas a los satélites, y solo con la potencia mínima necesaria para una buena recepción.

Las ondas de radio son absorbidas por nuestra atmósfera. Nuestra elección de longitudes de onda de radio (y visión) está dictada por lo que razonablemente puede pasar a través de nuestra atmósfera , si eso no se alinea con lo que pasa a través de su atmósfera, no veremos sus transmisores terrestres con nuestros receptores terrestres.

Schwerin dice que "las ondas de radio son difíciles de ver", lo que me dio una idea. Esta gente no tiene sentido del oído, por lo que su escritura era pictográfica al igual que su "habla" (lenguaje de señas). Y mucho antes de que descubriéramos la radio, se habían desarrollado hasta el punto de que se prefería el video al "texto".

Aunque SETI ha recogido sus transmisiones, el video de seres vivos firmando inherentemente no tiene mucho patrón, especialmente cuando se mezclan varios miles de señales no relacionadas.

Coloque su planeta cerca de una fuerte fuente de radio astronómica , como un púlsar u otra estrella de neutrones. El brillo del púlsar ahogaría las transmisiones relativamente débiles de una civilización transmisora ​​a menos que estuviéramos buscando activamente sus transmisiones y supiéramos dónde mirar.

Para mayor diversión, podrías combinar tu púlsar con una región activa de formación de estrellas, donde el hidrógeno y otros gases que colapsan en estrellas son irradiados por la luz de estrellas anteriores y liberan sus propias señales de radio.

Incluso si estuviera mirando en la dirección correcta y en busca de la señal correcta, la ley del cuadrado inverso dice que las emisiones se detectarían en niveles extremadamente débiles.

Un transmisor de 1 W, por ejemplo, a 200 años luz se recibiría con una densidad de energía de 2 microvatios por año luz cuadrado. Eso no es mucho para su radiotelescopio típico que tiene un tamaño de quizás 400 metros cuadrados (para un plato de 20 metros de diámetro, no exactamente uno pequeño).

Y ese es el orden de magnitud de la mayoría de los transmisores de radio en uso, incluso un transmisor de kilovatios solo cambiaría la señal que recibe a 2 milivatios por año luz cuadrado.

Recuerda que un año luz son 9,5e15 metros, al cuadrado se convierte en 9e17 metros cuadrados.

Por supuesto, eso sale por la ventana si la transmisión es altamente direccional, pero la idea se mantiene (ya que la señal siempre se extenderá, incluso un láser, paralelo por diseño, se extenderá a largas distancias hasta donde se disparó un rayo, digamos la luna tendrá un tamaño de punto de varios centímetros de diámetro cuando llegue a la órbita terrestre baja).

Esta es una excelente pregunta, y la mayoría de las respuestas también son geniales. Pero me gustaría agregar algo.

1. La tesis de que su tecnología puede ser mucho más evolucionada y, por lo tanto, difícil de entender para nosotros todavía es asombrosa pero limitada. Diría que no sabemos cómo se desarrollaría su tecnología , lo que significa que podrían usar una transmisión de radio diferente a la nuestra. Como sabe, actualmente toda la radio se basa en modulación de amplitud, modulación de frecuencia y modulación de fase , lo que significa que una señal portadora se utiliza para transmitir de manera confiable SOLAMENTEla amplitud, la frecuencia o la fase de la señal transmitida en función del tiempo. Eso es excelente para codificar audio en nuestro sistema matemático, pero sus matemáticas podrían ver el universo desde un punto de vista completamente diferente. Por lo que sé, es posible que no se comuniquen a través del audio (como una carrera de pulpos gigantes mencionada en el ciclo Midday World de los hermanos Strugatsky), lo que significa que solo transmitirían texto u otro tipo de información. O pueden transmitir amplitud y fase simultáneamente, por ejemplo. La historia de nuestra ciencia implica que solo hay una forma de que la ciencia se desarrolle, pero (alerta: spoiler de Mass Effect)

   en Mass Effect, por ejemplo, los segadores dicen que su influencia sobre nosotros hizo que nos desarrolláramos "a lo largo de los caminos que ellos desean", lo que implica que hay formas de desarrollo que quizás no podamos comprender. Entonces, está eso.

2. Puede haber algunos obstáculos para las ondas de radio en la frontera del sistema solar que no conocemos. Imagine que otras estrellas emiten radioruido, por ejemplo. No soy un experto, pero creo que es bastante posible. Corrígeme si me equivoco :) O podría haber un agujero negro que atraparía todas las transmisiones en sí mismo.

3. Por fin, podrían estar tan lejos de la Tierra que una onda de radio tardaría miles de años en viajar entre nosotros. La diferencia en la velocidad del movimiento planetario o en la distancia podría provocar el efecto Doppler y modificar la onda.

1. Dada la distancia, incluso 0,01 grados pueden significar un planeta completamente diferente.

2. Plantes gira alrededor de su sol. No son estacionarios. Por lo tanto, puede hacer que cada vez que los terrícolas apunten su máquina de detección en la dirección correcta, haya un objeto en el medio. Por ejemplo, otra estrella.

3. Como otros han sugerido, dado que tienen la tecnología años antes, su codificación podría ser mucho más avanzada que la nuestra, su radio podría usar un rango de frecuencia muy alto que los equipos humanos no pueden capturar.

Cualquier número de estos hace que la detección de una señal sea muy difícil, a menos que uno conozca el código exacto utilizado (o el algoritmo del código), la frecuencia, el ancho de banda, la modulación y tenga una relación señal/ruido lo suficientemente alta. Luego está la codificación analógica/digital real, la compresión, el cifrado, el conjunto de símbolos/idioma, binario/trinario/etc, y más.

• Espectro ensanchado
• PSK (modulación por cambio de fase)
• QAM (Modulación de amplitud en cuadratura)
• PM (modulación de fase
• SM (modulación espacial)
• División de código
• Acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal

SETI dice que es poco probable que una civilización nos detecte: http://www.seti.org/faq#obs12

Sí, los esquemas de modulación elegidos dificultan la decodificación de los datos dentro del espectro. Pero cada esquema de transmisión inalámbrica tiene un método de sincronización, una forma de encontrar el sistema antes de establecer una conexión, lo que puede permitir la detección e indicar la PRESENCIA de otra civilización, incluso si no podemos decodificar el contenido.